用二相流理论进行承压试验的内破裂问题的预报

用压力试验筒来研究水下耐压结构的强度与稳定性问题已成为一种公认的有效方法。这种试验有破坏性和非破坏性二种,但是,不管那种性质的试验都存在着一种承压结构在试验时破坏的可能性。如果试验结构突然破坏会不会给试验装置带来危险,这一直是人们所关心的问题,即内破裂(impiosion)问题。本文以西德GKSS研究中心典型的GUSI水下模拟装置为对象,对内破裂问题进行了理论分析并用计算流体力学方法进行了研究,首次试用二相流理论计算预报了内破裂情况下的计算域内压力、相态及流动情况,取得了一些较好的结果并已被西德国家研究中心采纳应用。文中就研究工作的理论部分以及二相流计算有关问题作了介绍,供有关研究人员参考讨论。     

内孤立波与深海立管相互作用数值模拟

提出了一种对内孤立波与深海立管相互作用耦合数值模拟方法。流场采用内孤立波数值水槽方法进行模拟,结构响应采用基于薄壳理论的有限元方法进行计算,采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的方法,实现了流体与固体之间的耦合数值模拟。对内孤立波作用下某长径比为1 200的深海立管载荷及其动力响应特性进行了数值模拟与分析。结果表明内孤立波不仅会对深海立管产生突发性剪切载荷作用,而且还会使立管产生大幅度变形响应现象,因此在深海立管设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。研究表明,该方法为研究内孤立波作用下深海立管动力特性及其工程预报相关问题提供了一种有效的手段。     

海浪研究与预报工作的新进展

现代海科学及其相关科学和技术的发展，已使人们在海浪研究和海浪预报方面有了较大的进展，尤其在海浪预报方面已经获得了一较成熟的理论和方法，本文着重分析了发展完善海浪数值诊断和数值预报模式，实现海浪预报方法客观化，预报手段自动化和系统化方面的进展     

长江河口拦门沙地形变化的统计预报

根据1975－1985年长江河口拦门沙地形、长江河口河流和海洋水文泥沙等11年的实测资料，应用经验特征函数分析和现代控制理论方法对长江河口拦门沙地形变化进行系统辨识和预报。结果表明，长江河口拦门沙地形变化可以表述为三输入-三输出的CARMA一阶模型，根据这些模型对长江河口拦门沙地形变化进行预报，取得了与实测资料较一致的预报结果。     

杰氏风暴潮剖面预报方法在我国的应用

近年来，在美国风暴潮数值预报中，Jelesnianski提出了一个剖面预报模式(以下简称杰氏模式)，在作业上是很独特的。这一模式在某种合理规定的限度内，充分显示出预报基本风暴潮的技巧，并已成功地对美国东海岸及墨西哥湾沿岸的风暴潮进行了预报。因此，目前已被美国国家天气服务局确定为风暴潮的业务预报工具。 杰氏模式源于风暴潮的流体动力学方程组的数值解。与其他研究者不同的是：它在业务预报实践中，只要利用事先算好的一个在“标准海域”中、由“标准风暴”引起的内边界增水剖面，然后，通过预报海域的风场订正因子和深度订正因子进行修正，使其与实际海域和实际风暴相一致，就可作出预报。由于用这种方法所给出的结果是一条沿海域内边界的风暴潮剖面图，故称为风暴潮剖面预报方法。应用这种方法所需的基本资料是：风暴移行速度、风暴相对于海岸线的移动方向、最大风速半径、风暴中心气压及风暴登陆点附近的海域水深。因此，只要深度剖面订正值为已知，台风强度及登陆点预报得准确，利用杰氏模式就可以很快作出离风暴登陆点不同距离的沿岸增水高度及最大增水出现位置的预报。为此，我们进行了杰氏风暴潮剖面预报方法在我国的应用试验和研究。应该指出，这种方法不仅对台风暴潮的预报有用，而且对确定港工建筑，防潮工程等极值水位的设计也有其重要的应用价值。 杰氏模式能否应用到我国台风暴潮预报业务中的问题，关键在于如何确定最大风速半径以及我国沿岸的深度订正因子。实践表明：当我们确定了这两个参数后，应用杰氏方法对我国东南沿海登陆型台风进行后报，获得满意的结果。本文中，我们将着重讨论如何确定最大风速半径和给出深度订正因子问题。并简单介绍其他参数的选取方法及怎样预报台风暴潮剖面，对杰氏模式则不拟过多涉及。     

浮式海洋平台运动实时预报

本文应用周期序列分析理论建立模型，提出了一种对海洋平台在随机海面上运动预报的新方法：周期图法，计算结果表明预报步长可达１０秒以上，增加了预报时间，足以供飞机驾驶员进行决策。     

砂土对管道约束力的模型试验研究

为研究砂土与海底管道的作用机制，验证计算模式，我们用细砂和原型管道进行了模型试验。对埋入土中的管道，主要进行了轴向摩阻力试验，并将试验结果与多种计算方法进行了比较。对半埋管道，首先进行了管道静置沉降试验，试验结果与国外有关资料进行了对照，并验证了以极限分析理论为基础建立的计算方法；其次进行了管道侧向阻力试验以及往复荷载作用下管道侧向阻力及沉降试验     

使用MATLAB拟合工具箱进行潮汐调和分析

应用一个月潮汐资料分析的理论方法,将一个月潮汐资料调和分析和预测结果与实测情况进行比对,并进行决定系数和方差计算等分析,验证了MATLAB的曲线拟合工具箱可以非常简单地实现调和常数计算.建立的短期预报模式,预报结果与实测资料匹配较好,但也发现了因为意外天气系统干扰而造成实测潮位相对于天文潮位的较大偏离,是预报模型无法避开的缺陷.初步认为,该方法可以作为一种实用方法应用于短期潮汐资料的分析和预报,对于中远期的预报应用具有一定的参考价值.     

用EOF展开和人工神经网络方法预测ENSO的研究

本文利用EOF展开技术和人工神经网络方法进行了预测ENSO的研究，研究结果表明，二种方法的结合对预测ENSO有较好的效果，但预报效果依赖于预报时效，依赖于预报因子的合理选取。     

复经验正交函数在水温预报中的应用

复经验正交函数（ＣＥＯＦ）是一种新的物理场的分解方法，它除了可以揭示物理场的时、空分布和变化规律外，还可以反映波动或平流效应。故本文首次将该方法移植到预报方法研究上来，建立了渤海、黄海的表、底层水温预报方案。为了检验该预报方案的可靠性，试报的结果除与实测值进行比较外，同时还与依据经验正交函数（ＥＯＦ）建立预报方法的预报结果进行了对比。结果表明，对于南、北黄海表层水温的试报结果，ＣＥＯＦ方法试报的平均绝对误差比ＥＯＦ方法预报的误差平均小０．２℃；而对于底层水温，两种方法的预报误差相近。     

Numerical Analysis of Factors Influencing Implosion

-By using gas-liquid two-phase flow theory, a modified mathematical model based on the computational fluid dynamics method SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations) is introduced to investigate implosion phenomena in high pressure chambers systematically. A theoretical simulation-prediction method, which is independent of experimental data, is developed in the paper and great improvement has been made on the topic. In the paper, various implosion situations have been simulated and predicted. Effects of a series of factors influencing implosion results and methods of reducing implosion danger have been analysed. The analysis results are of importance to underwater engineering practice.     

氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效分析

氮化硅陶瓷具有密度小强度高的优点,在深潜浮力设备领域具有广阔发展前景。然而陶瓷材料固有的脆性以及万米深海严苛的工作环境,使得氮化硅陶瓷空心浮力球在深水环境下面临着内爆的风险。为探究氮化硅陶瓷空心浮力球在内爆临界状态下的失效问题,设计并进行了三点弯曲试验,确定了氮化硅陶瓷材料的力学性能参数,包括弹性模量和破坏应力;随后对氮化硅陶瓷空心浮力球内爆试验的过程及结果进行了回顾总结;基于标准球壳模型与浮力球实物的CT扫描几何模型,对浮力球在内爆临界状态的失效过程进行了有限元仿真分析。结果表明：氮化硅陶瓷空心浮力球的性能存在一定不稳定性;结构内表面局部过大的拉应力是造成失效的主要原因,对内表面进行预加压处理或能提高其抗内爆性能。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。     

设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化

常规耐压结构拓扑优化设计研究主要集中于静水压条件下的设计相关载荷拓扑优化理论及方法。但是,在深海环境下,耐压结构可能面临内爆所产生的冲击载荷,其载荷呈现高频率的周期性变化。为研究载荷变化对耐压结构优化设计的影响,在BILE模型的基础上,结合修正的SIMP插值模型,开展不同频率、设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化理论及方法研究。设计相关动载荷的难点在于不仅载荷的作用位置和方向在优化过程中发生变化,且其大小也随优化过程进行而发生变化,这是与常规设计相关静载荷本质的不同。通过经典的拱形结构优化算例验证BILE模型在动力学拓扑优化中的可行性,进而研究设计相关动载荷作用下的水下耐压结构的最佳拓扑形式。研究表明,在低频时,圆环型耐压结构无明显变化,但多球交接耐压结构在交接处会出现明显材料聚集;高频时,两者均发生明显变化,得到耐压结构新形式。关于设计相关动载荷作用下的水下耐压结构拓扑优化研究,将对新型水下耐压结构的探索具有一定的工程应用价值。     

A pseudo-coupled analytic fluid-structure interaction method for underwater implosion of cylindrical shells

Underwater implosion, the rapid collapse of a structure caused by hydrostatic pressure, is a fully coupled, highly dynamic and nonlinear fluid-structure interaction (FSI) problem. The primary motivation behind studying implosion is the short-duration, high-pressure pulse generated in the surrounding water. This paper presents a simplified analytic method to estimate the energy in the pressure pulse, based on potential flow theory. The method accounts for the varying fluid pressure and accompanying FSI. The focus is on long, thin, unstiffened metallic cylindrical shells that collapse in mode 2. The implosion pulse energy is shown to be equal to the maximum system kinetic energy developed during collapse. The kinetic energy is calculated using an energy balance approach and analytic solutions for plastic energy dissipation and energy required to compress the internal air. The time-varying fluid pressure, and subsequently the work done by the fluid on the cylinder, is found using a novel explicit time-stepping methodology. The result is a pseudo-coupled analytic solution for the fluid pressure time history and implosion pulse energy. Solutions for pulse energy agree with RANS numerical simulations within 5%.     

深海浮球内部气压对水下内爆波的抑制机理

深海潜器常携带中空浮球来为其提供浮力。陶瓷因其高强度、低密度等优点成为浮球的理想材料。然而,中空结构在外部高压环境下易发生内爆,产生的内爆波会对周围结构产生毁灭性损害。为了探索浮球内部初始气压对内爆波的影响,首先,利用气泡动力学对其不考虑球壳影响时进行理论分析,得到内爆波压力脉冲沿径向以指数?1 衰减,并指出其物理意义和隐含假设,进而从能量分析得到增加内压使压缩空气消耗的能量增加,从而减弱释放到水中的压力波能量;其次,采用三相流固耦合有限元模型进行计算,考虑水的可压缩性和球壳因挤压引起的脆性破裂的影响,得到更为接近实际的内爆压力的分布。由于两侧挤压球壳,外部的水在不断扩大的缺口处产生向内的射流,造成内部气体非球形塌缩,后续压力波呈现出与球壳碎裂方式有关的方向性差异。通过有限元模型对内部初始气压的研究表明,增加初始内部气体压力到 1 MPa 时,压力脉冲在球壳表面处下降了 15. 6%~24. 8%。这一结果表明,在几乎不增加浮球质量的条件下,增加内部初始气压具有很好地抑制近端内爆波强度的效果。     

图解法和矩值法粒度参数的定性对比：以琼州海峡岸滩表层沉积物为例

前人已开展了大量的关于图解法和矩值法数值结果的相关性分析和相互转换方程的确定工作,但针对定性结果的对比仍较为罕见。本文选取了琼州海峡两岸15个海滩22条断面105个表层沉积物为典型研究对象,分别采用Folk和Ward图解法和Friedman矩值法获取粒度参数结果,构建定量结果的回归关系和对比定性结果的异同。结合前人的研究成果,本文进一步探讨了两种方法结果的可对比性,并分析两种方法的方法差异对沉积物粒度信息提取及使用造成的可能影响。研究结果表明：（1）就定量结果而言,图解法和矩值法计算的平均粒径和分选系数具有强相关性（R2≥0.951）,而偏态和峰态则表现为中等相关（R2=0.586）和不相关（R2=0.011）,表明图解法和矩值法计算粒度参数定量结果之间的相关性并不稳定,这与前人的研究结果基本一致;（2）就定性结果而言,图解法和矩值法的结果之间存在较大偏差,分选系数、偏态和峰态不一致的占比分别达30.48%、55.24%和71.43%,这与定量结果的相关性存在一定程度的偏差,表明定量结果的相关性程度并不能完全用于指示定性术语结果的一致性程度。鉴于最大化地揭示沉积物的差异是粒度参数分析方...     

地理信息系统在渤海湾水体富营养化研究中的应用

一般的关系型数据库处理近岸海域富营养化监测数据时难以同时管理数据的空间属性和一般属性,且不具有对数据进行空间分析的能力。文中以A rcG IS地理信息系统为数据管理平台,克服了一般数据库的上述缺陷。文章以渤海湾水体富营养化研究为实例,应用A rcG IS地理信息系统自身的功能对监测数据进行了空间分布特性和时间变化趋势分析及水体营养状况的评价,取得了较满意的结果。     

THE COMPUTATION OF OPTIMUM OCEAN SHIP ROUTING

A computational method for the ocean ship routing based on optimization theory is presented in this paper. In the computational programme "breaking circle method" is used, by which a principal contradictory line can be obtained in the operations research. The automatic selection of calculating network and the initial values have been realized. The quantitative estimation for the change of navigating speed under the different conditions of ocean wave and current has been done. The objectivly quantitative computational method is provided for ocean ship routing and forecast service following ship tracks. The calculating examples and practical experiments of ships have proved that this computational method is highly effective.     

三维斜压台风模式 Ⅱ.预报试验

一种斜压多重移动套网格台网模式在国家海洋环境预报中心已被应用于海洋环境预报。本文第一部分已描述了模式方程组和数值方法。本文继续概述模式网格、变分调整初始化和预报试验结果。最外粗网格域固定,内部细网格域随台风中心轨迹移动。模式中,粗细网格变量采用双向耦合。平衡方程和方程,理想台风场和变分调整方案被用于台风模式初始化。一种简单而有效的资料同化方法,即用第6h台风报和弱约束变分原理调整初始场,被应用于提高预报结果。最后本文给出预报试验结果。预报误差统计显示本模式对台风路径预报具有相当能力,而且可以提供海面风和气压场较好的预报。本模式已经与海浪模式联结,得到满意的波高预报结果。